汽车空调压缩机离合器烧蚀问题的故障排查

栗顺　佟林　董向力　赵萌　黄博

摘要：电磁离合器是汽车空调压缩机的关键部件，压缩机电磁离合器烧蚀的故障率较高。本文针对某车型开发过程中出现的压缩机离合器频繁吸合断开导致烧蚀问题，进行了故障件拆解、原因分析、解决方案制定及效果验证等过程的总结，分享了一种压缩机离合器烧蚀问题排查的思路及方法。

关键词：汽车;压缩机;电磁离合器;烧蚀

中图分类号：U463 文献标识码：A

0引言

空调系统的核心部件有：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等，通过管路连接组成制冷循环回路。制冷剂在系统中循环，通过气液相态变化、能量吸收和释放，实现热量的转移，达到制冷目的。

压缩机作为空调制冷系统的心脏，担当制冷系统冷媒压缩和驱动运输的重任，压缩机不工作就无法实现制冷。压缩机实现低温低压制冷剂向高温高压制冷剂的转换，工作环境相对恶劣，是汽车空调系统中最大的运动部件，其可靠运行保证了汽车空调制冷功能得以实现。

传统车空调压缩机由发动机曲轴通过轮系驱动，动力传递的核心部件为电磁离合器。离合器吸合，将发动机皮带轮的扭矩传递给压缩机，实现空调制冷。电磁离合器一旦烧毁，将导致压缩机不能工作。根据目前汽车空调使用情况来看，压缩机电磁离合器烧损的故障率较高，在压缩机故障中占有较大的比例。

当要求压缩机运转时，离合器的电磁线圈通电，电磁力使离合器轮毂与压缩机轴结合;当电磁线圈的电流通路断开时，离合器与压缩机分离。目前市场上主流的电磁离合器有2种：弹簧钢片式及橡胶吸盘式。相比弹簧钢片式离合器，橡胶吸盘式离合器的吸合噪声可降低10dB左右，在市场上已经得到了广泛应用。

压缩机离合器工作电气原理由空调面板A/C开关、三态压力开关、ECU、空调继电器和压缩机离合器几部分组成。按下空调控制面板A/C开关，经三态压力开关向ECU发出请求信号，ECU根据整车状态进行判断分析，当满足设定条件则输出低电平，空调继电器控制回路接通，离合器动作吸合（图1）。

为了防止异常工况对压缩机的损伤，空调系统普遍通过压力开关或压力传感器进行压力保护。当系统压力值超过高压上限（一般为3.14 MPa）或低于低压下限（一般为0.20 MPa）时，电磁离合器会切断，压缩机停止工作。为了防止压缩机电磁离合器频繁吸断，在高低压保护值附近会设置缓冲区间，以高压保护点为例，当压力升高至3.14 MPa时，电磁离合器切断;当压力降低至2.55 MPa时，电磁离合器吸合，中间的缓冲区为0.59 MPa。

本文针对某车型开发过程中出现的压缩机离合器频繁吸合断开导致烧蚀问题，进行了故障件拆解、原因分析、解决方案制定及效果验证等过程的总结。

1故障件拆解

本文针对某车型开发过程中，3台离合器烧蚀故障件进行了检测及拆解。结果表明：主机空转正常，吸排气压力正常;线圈通电正常，吸盘不吸合;气密性检测无泄漏;外观检测离合器表面高温烧蚀;吸盘与皮带轮接触面有明显打滑痕迹，皮带轮轴承损坏，线圈表面环氧树脂烧毁（图2）。

2原因分析

通过故障件拆解分析及功能測试，判断离合器烧蚀为打滑烧蚀。在40℃、1000W光照的环境舱中进行怠速开空调试验，全程监测系统压力变化。模拟25 min左右，发现系统高压达到保护点，并在3.10 MPa左右频繁跳动，同时听到压缩机打滑的声音。打开发动机舱盖检查，发现压缩机频繁吸合，频率接近1次/s，压缩机离合器吸盘接近打滑状态，闻到较浓烈的橡胶烧焦味。

通过上述环境模拟问题复现试验，可以发现2个问题。

（1）系统压力异常。在40℃、1000 W光照的环境条件下，怠速空调系统高压一般不会超过2.50 MPa。本试验中，系统高压达到保护值，不正常。

（2）压力开关高压保护异常。正常的高压保护是有缓冲区间的，一般为0.59 MPa，缓冲区间设定的意义在于避免压缩机频繁吸合断开。本试验中压力表显示，在高压保护点附近，缓冲区间仅为0.10 MPa，导致压缩机以近乎打滑的状态频繁吸合断开，离合器吸盘温度过高，发出焦糊味，如继续进行试验，将导致其烧蚀。

系统出现高压，其原因排查如下。

（1）一轮路试车未装配导风板和前端框架上盖板，影响前端散热，导致空调压力偏高。

（2）发动机管理系统EMS未体现空调中压启动风扇高速转的策略，使散热器风扇一直处于低速状态，影响前端散热，导致空调压力偏高。

压力开关频繁通断原因排查：

（1）随机抽取10只压力开关，在2.40～3.50 MPa下往复测试5min（表1）。

（2）测量高压缓冲区间：0.50～0.65 MPa。

（3）在2.40～3.50 MPa下往复5 min。

（4）再次测量高压缓冲区间：0.40-0.45 MPa，与承压前相比，缓冲区间最多衰减0.20 MPa。

（5）对标KD件，高压缓冲区间最多衰减0.10 MPa。

经分析，在持续高压下，内部高压膜片变形，高压缓冲区间衰减，最高可达0.20 MPa，缓冲区间设定范围为0.39～0.79 MPa，衰减后为0.19～0.59 MPa，缓冲区间过窄，导致其频繁通断。高压膜片在高压作用下，有发生变形的特征，变形量大小与膜片材料及加工精度决定。目前国产的膜片材料加工精度较进口的KD件差（国内公差为0.05，进口KD件为0.02）。

3解决措施

（1）装配导风板和前端框架上盖板，提升前端进风量，改善散热效果。

（2）EMS程序更新，体现空调中压启动风扇高速转的策略。

（3）高压缓冲区间由0.57～0.61 MPa，变为0.60～0.75 MPa。

①对应膜片成型高度控制范围由（0.85±0.05）mm变为（0.87±0.03）mm。

②膜片来件进行尺寸筛选，并分为2挡：0.84～0.87 mm;0.87～0.90 mm。

③每批次来件之前，进行膜片选配试验（如2个薄片+1个厚片），测试动作值是否满足要求。

④生产过程中，在压力开关壳体铆接前，进行压力测试，若不合格，重新选配膜片。

⑤生产后，进行压力开关动作值100%检验，高压缓冲区间不满足0.60～0.75 MPa的样件报废处理。

4措施验证

以上措施体现后，在后续多轮路试及环境舱验证，均未出现类似失效，措施有效。